喜河水電站壩基帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿實(shí)踐與探討

但其寶

（陜西漢江投資開發(fā)有限公司喜河水力發(fā)電廠，陜西石泉，725271）

喜河水電站壩基帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿實(shí)踐與探討

但其寶

（陜西漢江投資開發(fā)有限公司喜河水力發(fā)電廠，陜西石泉，725271）

論述了喜河水電站大壩壩基帷幕水泥補(bǔ)強(qiáng)灌漿及效果評價(jià)，對壩基揚(yáng)壓力超標(biāo)的原因進(jìn)行了簡要分析，提出了基礎(chǔ)滲控工程處理建議。

壩基帷幕；灌漿；喜河水電站

1　工程概況

喜河水電站位于陜西省安康市石泉縣與漢陰縣交界處，水庫正常蓄水位362 m，死水位360 m，總庫容為2.29億m3，調(diào)節(jié)庫容0.22億m3，為日調(diào)節(jié)水庫。電站安裝3臺(tái)60 MW軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，攔河壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂長度346 m，最大壩高62.8 m。工程為Ⅱ等大（2）型工程，主要建筑物為2級建筑物。樞紐建筑物沿壩軸線從右岸至左岸依次為：右非壩段（1號）、安裝間壩段（2～3號）、河床式廠房壩段（4～6號）、右導(dǎo)墻壩段（7號）、泄洪排沙中孔壩段（8號）、左導(dǎo)墻壩段（9號）、表孔壩段（10～13號）、左中孔與垂直升船機(jī)相結(jié)合的壩段（14號）、左非壩段（15～16號）。

喜河水電站壩基滲控采用封閉抽排和常規(guī)防滲排水相結(jié)合的方案，即在壩基上、下游布置防滲帷幕及排水幕，形成防、排系統(tǒng)；安裝間壩段、廠房壩段、左、右岸導(dǎo)墻壩段、泄洪排沙中孔壩段、表孔壩段和左中孔壩段因下游水位較高，采用封閉抽排，降低揚(yáng)壓力。在壩體內(nèi)設(shè)置縱、橫向排水廊道組成封閉抽排水系統(tǒng)，在中孔和表孔壩段的壩基設(shè)置了縱橫交錯(cuò)的排水涵管，涵管與排水廊道相連。壩基滲漏水經(jīng)排水廊道排入滲漏集水井，滲漏集水井有兩個(gè)，分別設(shè)在廠房壩段和表孔壩段。

大壩基礎(chǔ)上、下游帷幕采用單排孔帷幕，防滲帷幕分上游A線防滲帷幕和下游B線防滲帷幕。其中，A線防滲帷幕布置于距上游面3～5.5 m的上游基礎(chǔ)灌漿排水廊道內(nèi)，孔距為3 m，巖石下孔深14.5～44.5 m；B線防滲帷幕孔距為3 m，巖石下孔深10～35 m。設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)為巖層透水率小于3 Lu，帷幕深度由壓水試驗(yàn)q≤3 Lu,再下延5 m和壩高0.3～0.7倍綜合確定。

表孔壩段（10～13號）工程巖體主要為凝灰?guī)r，屬弱風(fēng)化帶下部和微風(fēng)化帶的上部巖體。揭露的斷層有9條，其中F14規(guī)模最大。裂隙主要有3組，屬AⅢ2～BⅢ2巖體。F14斷層在該段性狀較好，僅進(jìn)行了一般開挖回填處理。左中孔壩段（14號）地基為弱風(fēng)化巖體，無斷層揭露，裂隙有二組，為BⅣ2～BⅢ2類巖體，為確保柱體穩(wěn)定，進(jìn)行了錨固。

2　壩基帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿設(shè)計(jì)

喜河水電站工程竣工安全鑒定總評價(jià)問題中認(rèn)為喜河大壩表孔和左中孔壩段壩基揚(yáng)壓力超標(biāo)，消力池基礎(chǔ)廊道滲水量較大，建議加強(qiáng)監(jiān)測，分析主要滲水來源，對該部位的滲水進(jìn)行處理，必要時(shí)對防滲帷幕進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)灌漿。為增強(qiáng)壩體穩(wěn)定性及壩基防滲性能，消除大壩基礎(chǔ)揚(yáng)壓力超標(biāo)缺陷，電站設(shè)計(jì)單位對表孔及左中孔壩段防滲帷幕加密補(bǔ)灌進(jìn)行了專題設(shè)計(jì)。工程設(shè)計(jì)根據(jù)NB∕T 35026-2014《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，對帷幕補(bǔ)灌普通硅酸鹽水泥漿，在壩基排水廊道新鉆副排水孔，對原排水孔進(jìn)行掃孔，達(dá)到增強(qiáng)壩體穩(wěn)定性、壩基長期滲透穩(wěn)定性和降低滲漏水量的目的。根據(jù)工程實(shí)際，補(bǔ)強(qiáng)防滲帷幕的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)仍采用3 Lu入巖以下5 m，孔位布置在原帷幕孔3 m之間，終孔孔距1.5 m，單排三序施工。

3　壩基帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿實(shí)施

3.1灌漿內(nèi)容

灌漿內(nèi)容包括表孔（10～13號壩段）及左中孔壩段（14號壩段）上游防滲帷幕，表孔10號壩段下游、表孔12號壩段下游防滲帷幕。

實(shí)際施工共完成抬動(dòng)觀測孔7個(gè)，169.0 m、聲波測試孔7個(gè)，226.0 m、帷幕灌漿孔47個(gè)，1 529.1 m；基巖灌漿1306.3m，耗用水泥總量76.43t。帷幕灌漿工程質(zhì)量檢查孔7個(gè)，279.4m、排水孔116個(gè)，1904.1m，新增揚(yáng)壓力測壓孔17個(gè)，91.1 m。

3.2灌漿試驗(yàn)

在正式帷幕灌漿施工前，根據(jù)設(shè)計(jì)要求及試驗(yàn)大綱，選定12號壩段進(jìn)行帷幕灌漿試驗(yàn)。灌漿試驗(yàn)材料采用42.5普通硅酸鹽水泥，共布置2個(gè)抬動(dòng)觀測孔、2個(gè)聲波測試孔、9個(gè)灌漿孔和2個(gè)檢查孔，共計(jì)15孔。通過分析灌漿前后壓水試驗(yàn)透水率、灌漿單位注灰量、灌漿漿液比級、灌漿壓力和聲波測試成果，得到以下試驗(yàn)結(jié)論：

（1）灌前壓水試驗(yàn)平均透水率4.61 Lu，灌后工程質(zhì)量檢查壓水試驗(yàn)平均透水率1.45 Lu，灌前、灌后壓水試驗(yàn)平均透水率提高69.7%。采用補(bǔ)充帷幕灌漿的措施，壩基巖體透水率得到了有效改善。

（2）帷幕灌漿試驗(yàn)前、后，最小值波速由灌前1 623 m∕s提高至灌后2 131 m∕s，最大值波速由灌前3 711 m∕s提高至灌后3 794 m∕s，波速＜2 000～2 500 m∕s區(qū)間明顯減少，波速3 000～3 500 m∕s區(qū)間增加明顯。數(shù)據(jù)表明，通過灌漿措施，巖體整體性得到加強(qiáng)。

（3）本次帷幕灌漿試驗(yàn)平均單位注灰量為55.93 kg∕m，I序孔平均單位注灰量91.12 kg∕m，Ⅱ序孔平均單位注灰量48.66 kg∕m，Ⅲ序孔平均單位注灰量24.07 kg∕m。Ⅱ序孔較I序孔平均單位注灰量遞減26.6%，III序孔較Ⅱ序孔平均單位注灰量遞減50.5%，III序孔較I序孔平均單位注灰量遞減73.6%，灌漿次序之間平均單位注灰量遞減明顯，規(guī)律清晰。使用帷幕試驗(yàn)所采用的漿液水灰比及灌漿壓力進(jìn)行補(bǔ)充帷幕灌漿施工，能滿足設(shè)計(jì)要求的防滲標(biāo)準(zhǔn)。

（4）試驗(yàn)采取的施工方法、灌漿工藝、方法、施工參數(shù)等符合喜河大壩基巖特性，鉆孔灌漿方法、段長、沖洗、壓水試驗(yàn)方法、灌漿壓力、水灰比等技術(shù)參數(shù)可以作為補(bǔ)強(qiáng)帷幕灌漿施工的控制參數(shù)。

3.3帷幕灌漿

（1）帷幕先導(dǎo)孔和工程質(zhì)量檢查孔采用“自下而上、分段阻塞、孔內(nèi)循環(huán)”的方式進(jìn)行灌注，其他試驗(yàn)孔采用“孔口封閉、自上而下、孔內(nèi)循環(huán)”的方式進(jìn)行灌注。

（2）灌漿孔分三個(gè)次序施工，帷幕灌漿段長第1段2.0 m，第2段3.0 m，第3段及以下孔段5.0 m，終孔段灌漿段長不超過8.0 m。

（3）帷幕灌漿孔序、段次之間采用逐級升壓。一般孔段灌漿時(shí)，采用一次升壓法，當(dāng)注入率較大，適當(dāng)降低灌漿壓力，采用分級升壓灌注。灌漿壓力最大控制不超過3 MPa，抬動(dòng)觀測孔未監(jiān)測到基巖抬動(dòng)變形。

（4）帷幕灌漿施工漿液濃度由稀到濃，逐級變換。漿液水灰比采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1和0.5∶1六個(gè)比級，開灌水灰比采用5∶1。

（5）當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減小時(shí)，或注入率不變而壓力持續(xù)升高時(shí)，不改變水灰比；當(dāng)某級漿液注入量已達(dá)300 L以上，或灌漿時(shí)間已達(dá)30 min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時(shí)，改濃一級水灰比；當(dāng)注入率大于30 L∕min時(shí)，根據(jù)施工具體情況越級變濃。

（6）在規(guī)定的壓力下，當(dāng)注入率不大于0.4 L∕min時(shí)，繼續(xù)灌注60 min，結(jié)束灌漿工作；或不大于1.0 L∕min時(shí)，繼續(xù)灌注90 min，灌漿工作結(jié)束。

（7）封孔采用壓力灌漿封孔法封孔。灌漿封孔壓力正常帷幕采用該孔的最大灌漿壓力，帷幕先導(dǎo)孔、聲波測試孔、抬動(dòng)觀測孔、質(zhì)量檢查孔的封孔壓力采用1.0 MPa。封孔待凝24 h后，對孔表尚未填滿壓實(shí)部分實(shí)施排水去污，進(jìn)行必要的清除，用干硬性水泥砂漿補(bǔ)封填實(shí)。

3.4排水孔掃孔

為實(shí)現(xiàn)“前阻后排”，通過綜合處理措施來達(dá)到降低大壩基礎(chǔ)揚(yáng)壓力的效果和目標(biāo)，本次工程設(shè)計(jì)要求對灌漿孔30 m范圍內(nèi)的排水孔以及之前認(rèn)為已經(jīng)失效的排水孔均進(jìn)行掃孔處理，直至所有排水孔有效排水。實(shí)際掃孔過程中卻意外發(fā)現(xiàn)施工范圍內(nèi)所有排水孔的鉆孔深度均未達(dá)到設(shè)計(jì)孔深，最淺的孔只有十幾厘米，更談不上鉆到基巖裂隙部位，原排水孔基本沒有起到任何導(dǎo)排水作用，分析認(rèn)為可能是建設(shè)期為了搶工期、提前投產(chǎn)發(fā)電，施工單位未能按照設(shè)計(jì)要求孔深完成排水孔的鉆設(shè)，導(dǎo)致當(dāng)下游水位較高時(shí)，作用在建基面的浮托力持續(xù)發(fā)揮作用，造成基礎(chǔ)揚(yáng)壓力增高，這對壩基抗滑穩(wěn)定也是極為不利的。后重新鉆孔至有效排水，經(jīng)監(jiān)理進(jìn)行孔位、孔深和孔向檢查，質(zhì)量合格，滿足設(shè)計(jì)要求。部分排水孔成果統(tǒng)計(jì)見表1。

表1　排水孔掃孔成果統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics of the drainage holes

4　施工質(zhì)量及灌漿效果評價(jià)

4.1總體結(jié)論

補(bǔ)強(qiáng)灌漿工程已于2015年5月完工。工程共分12個(gè)單元工程（其中補(bǔ)充帷幕灌漿5個(gè)單元工程、補(bǔ)充排水孔1個(gè)單元工程、原排水孔掃孔5個(gè)單元工程、新增揚(yáng)壓力觀測裝置1個(gè)單元工程），帷幕灌漿按DL∕T 5148-2012《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，全部合格，合格率100.0%，其中優(yōu)良單元工程11個(gè)，優(yōu)良率91.7%。通過灌漿前、后的聲波測試結(jié)果綜合成果比較，各灌漿施工部位巖體縱波波速灌后的最小值、最大值和平均值較灌前均有不同程度提高。

根據(jù)NB∕T 35048-2015《水電工程驗(yàn)收規(guī)程》等有關(guān)規(guī)程規(guī)范的要求，工程項(xiàng)目滿足合同、設(shè)計(jì)及有關(guān)規(guī)范要求，工程施工質(zhì)量整體評定為優(yōu)良。

4.2Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔分序耗灰量統(tǒng)計(jì)成果

（1）補(bǔ)充帷幕灌漿共47孔，灌漿298段次，灌注水泥62.9 t，總耗灰量76.4 t。帷幕灌漿平均單位注灰量48.11 kg∕m，Ⅰ序孔平均單位注灰量88.65 kg∕m，Ⅱ序孔平均單位注灰量42.22 kg∕m，Ⅲ序孔平均單位注灰量25.13 kg∕m。

（2）帷幕灌漿平均單位注灰量分序遞減分析：Ⅱ序孔較Ⅰ序孔平均單位注灰量遞減52.5%，Ⅲ序孔較Ⅱ序孔平均單位注灰量遞減40.5%，Ⅲ序孔較Ⅰ序孔平均單位注灰量遞減71.6%。

（3）灌漿孔段次序之間平均單位注灰量遞減明顯，規(guī)律清晰。

4.3壓水試驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求，本工程共布置7個(gè)工程質(zhì)量檢查孔，工程質(zhì)量檢查在灌漿施工結(jié)束14 d后進(jìn)行。工程質(zhì)量檢查壓水試驗(yàn)采用單點(diǎn)法穩(wěn)定壓水試驗(yàn)。

（1）共進(jìn)行單點(diǎn)法穩(wěn)定壓水試驗(yàn)55段，試驗(yàn)平均透水率1.63 Lu，最大值2.79 Lu，最小值0.32 Lu，工程質(zhì)量檢查壓水試驗(yàn)結(jié)果全部小于設(shè)計(jì)3.00 Lu的防滲標(biāo)準(zhǔn)。工程質(zhì)量檢查結(jié)果全部合格，合格率100%。

（2）根據(jù)工程質(zhì)量檢查壓水試驗(yàn)透水率統(tǒng)計(jì)成果進(jìn)行透水率頻率區(qū)間分布分析，檢查孔壓水試驗(yàn)透水率1.00 Lu的孔段占總試驗(yàn)段的15%，2.00 Lu以下的孔段占總試驗(yàn)段的73.0%。

（3）帷幕灌漿孔灌前平均透水率5.05 Lu，灌后工程質(zhì)量檢查平均透水率1.63 Lu，灌后的壓水試驗(yàn)平均透水率較灌前提高了67.6%。

（4）帷幕灌漿孔平均單位注灰量48.11 kg∕m，工程質(zhì)量檢查平均單位注灰量6.26 kg∕m，灌后孔段平均單位注灰量較灌前提高了87.0%。

4.4超聲波檢查

按波速區(qū)間頻率分布的方式進(jìn)行分析，灌后縱波波速Vp低于2 000～3 000 m∕s區(qū)間范圍頻率明顯降低，Vp在3 000～4 000 m∕s區(qū)間范圍頻率大幅提高，分析結(jié)果表明經(jīng)過帷幕灌漿施工，巖體的整體性得到改善。灌漿后縱波速與原施工期檢測波速相比提高不大，說明施工期帷幕抗?jié)B性能較好，壩基經(jīng)工程處理后力學(xué)性能符合抗?jié)B要求，承載能力及抗壓強(qiáng)度良好，混凝土施工質(zhì)量有保證。

4.5灌漿前后監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析

（1）2015年，表孔上游帷幕后滲壓計(jì)P12-6在帷幕補(bǔ)灌前最大滲壓折減系數(shù)為0.42（2015年2月15日），2015年5月帷幕補(bǔ)灌后，幕后滲壓折減系數(shù)降至0.12～0.14，小于設(shè)計(jì)允許值0.2。見圖1。

（2）2015年5月表孔帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿后，表孔壩段各量水堰滲流量變化不明顯（見表2），大壩總滲流量變化不大，說明表孔帷幕補(bǔ)灌對大壩滲流量影響不明顯。

（3）從過程線圖看，大壩總滲流量在灌漿前后總體變化不大，見圖2。

圖1　表孔壩段基礎(chǔ)滲壓計(jì)過程線圖Fig.1 Graph of seepage pressure at foundation of dam sections with surface outlet

圖2　大壩總滲流量過程線圖Fig.2 Graph of total seepage of the dam

2015年大壩總滲流量最大值12.95 L∕s，小于設(shè)計(jì)允許值20.8 L∕s，比2014年最大值減小2.52 L∕s，比2012年最大值減小6.01 L∕s，見表3。目前壩基總滲流量變化趨勢是逐年減小。

（4）2015年，表孔及左中孔壩段新增的17個(gè)測壓管計(jì)算揚(yáng)壓力折減系數(shù)均小于0.15，滿足設(shè)計(jì)要求，說明經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)灌漿后帷幕阻水效果進(jìn)一步提高，加之排水孔疏通進(jìn)一步減小了作用在基礎(chǔ)建基面上的浮托力，起到了消減基礎(chǔ)揚(yáng)壓力的功效，這對壩基抗滑穩(wěn)定十分有利。

5　問題探討

（1）結(jié)合本次施工過程中意外發(fā)現(xiàn)排水孔等隱蔽工程存在的質(zhì)量缺陷，同時(shí)數(shù)據(jù)分析顯示本次帷幕灌漿單位注灰量與建設(shè)期參數(shù)比較相差不大等因素，建議對壩基其余壩段排水孔先進(jìn)行詳查，必要時(shí)進(jìn)行掃孔處理，進(jìn)一步觀察揚(yáng)壓力測值是否回歸正常允許范圍內(nèi)，再?zèng)Q定是否進(jìn)行帷幕補(bǔ)灌為宜。結(jié)合本次灌漿效果，建議下次灌漿灌材使用超細(xì)水泥或進(jìn)行化灌，以增強(qiáng)基礎(chǔ)巖石裂隙的可灌性，提高帷幕灌漿質(zhì)量和阻水效果。

（2）工程效果評價(jià)再次驗(yàn)證了混凝土重力壩若想減小揚(yáng)壓力，最重要的手段是做好灌漿帷幕和排水孔幕，即“前阻后排”，故在提高上游帷幕阻水性能的同時(shí)必須重視幕后排水孔對進(jìn)一步減小基礎(chǔ)揚(yáng)壓力的作用和貢獻(xiàn)。

（3）喜河水電站壩基滲控工程設(shè)計(jì)采用封閉抽排和常規(guī)防滲排水相結(jié)合的方案，表孔壩段和左中孔壩段因下游水位較高，采用封閉抽排，進(jìn)一步降低揚(yáng)壓力。通過本次施工過程發(fā)現(xiàn)原排水孔存在質(zhì)量缺陷可以判斷，排水不暢可能是造成該壩段揚(yáng)壓力超標(biāo)的主要因素。

（4）要加強(qiáng)基礎(chǔ)滲漏水和析出物的定期化驗(yàn)分析工作，及時(shí)評價(jià)帷幕防滲性狀的變化。

（5）目前喜河壩基滲水量持續(xù)減小，一方面得益于帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿和排水孔疏通，另一方面可能與建筑物自身適應(yīng)性調(diào)整有關(guān)。今后要對新增的揚(yáng)壓力監(jiān)測孔及基礎(chǔ)滲水量加強(qiáng)監(jiān)測，并及時(shí)對滲流資料進(jìn)行分析總結(jié)，以便研判壩基抗滑穩(wěn)定性能是否滿足工程運(yùn)行安全要求。

表2　帷幕補(bǔ)灌前后表孔量水堰滲流量變化表Table 2 Seepage at the measuring weir before and after curtain grouting

表3　歷年滲流量對比表（單位：L/s）Table 3 Statistics of historical seepage

[1]NB∕T 35026-2014，混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]DL∕T 5148-2012，水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]NB∕T 35048-2015，水電工程驗(yàn)收規(guī)程[S].

作者郵箱：15991186366@139.com

Title:Discussion on curtain grouting at dam foundation of Xihe hydropower station

by DAN Qi-bao∕∕Xihe Hydropower Plant

The paper introduced the curtain grouting at dam foundation of Xihe hydropower station and its effect.As well,the cause reasons for excess uplift pressure are analyzed.Accordingly,seepage con?trol measures are advanced,for reference.

dam foundation curtain;grouting;Xihe hydropower station

TV698.2

B

1671-1092（2016）04-0062-05

2016-05-20；

2016-06-20

但其寶（1975-），男，陜西石泉縣人，工程師，從事水工技術(shù)管理工作。